一种基于双摄像头的高温液位测量装置和测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于双摄像头的高温液位测量装置和方法，属于金属定量浇注和自动控制领域。
【背景技术】
[0002]我国已经连续多年位居世界第一铸造大国，但金属铸造是一个大量耗能的生产过程。如果能够精确控制液面高度，就可以使缩孔后的冒口很小和浇包重量准确，对于节能减排和节约材料具有极其重要的意义。
[0003]目前我国铸造行业中控制液位高度主要有以下几种:依靠有经验的工人人工控制液位高度，精度差，速度慢，且极高温的工作环境对操作工人来说存在很大的安全隐患；扇形包预设角度控制，精度不高，设备调试工作复杂；激光反射测量，设备调试要求高，不方便修正；单摄像头图像测量，设备调试要求高，不方便修正，且液面形状变化会影响测量结果的准确性。
【发明内容】
[0004]本发明目的是解决目前我国铸造行业中液位控制所存在的人工控制液位高度，精度差，速度慢，且存在很大的安全隐患；扇形包预设角度控制，精度不高，设备调试工作复杂；激光反射测量，设备调试要求高，不方便修正；单摄像头图像测量，设备调试要求高，不方便修正，且液面形状变化会影响测量结果的准确性的问题，提供一种基于双摄像头的高温液位测量装置和测量方法。采用本装置设备调试简便，并且方便修正。
[0005]本发明提供的基于双摄像头的高温液位测量装置，包括两个摄像头、带水平气泡的可调固定支架和数据处理系统；两个摄像头焦距及内部参数完全一致；数据处理系统用于识别两个摄像头采集到图像的共轭点，并计算出共轭点之间的距离，从而按比例计算出液位高度，并输出液位高度值和所需的控制信号。
[0006]所述的两个摄像头焦距及内部参数完全一致是指，焦距为f，摄像头固定在带水平气泡的可调固定支架上，并调整水平使摄像头成像平面水平；摄像头光轴与成像平面垂直，两个摄像头的X轴重合，Y轴互相平行，两个摄像头的光心距成像平面距离相等，光心之间距离为1。。
[0007]所述的共轭点为液面上的一个点在两个摄像头成像平面上的像。本装置中共轭点选取液面中心点为参考点；
[0008]所述的识别两个摄像头采集到图像的共轭点的方法就是，利用熔融金属与铸模巨大的颜色差异，设置阈值，方便地识别出金属熔液液面的范围，并计算出中点在成像平面的坐标，两个中点即为所需的共轭点，同时得到两个共轭点间的距离1。
[0009]所述的按比例计算出液位高度的方法是，金属液面与成像平面平行，因此只要参考点在金属液面上，就都满足h/(h+f) = 1。/1，可以得到h = fl。/(1-1。)，其中h为金属液面到光心所在平面的距离。
[0010]所述的基于双摄像头的高温液位测量方法，基本原理如下:
[0011](1)两个摄像头焦距及内部参数完全一致，焦距为f，两个摄像头的光心距成像平面距离相等，摄像头在支架上平行放置，光轴与成像平面垂直，两个摄像头的X轴重合，Y轴互相平行，光心之间距离为1。，将摄像头成像平面调整水平；
[0012](2)共轭点为液面上的一个点在两个摄像头成像平面上的像。本装置中共轭点选取液面中心点为参考点；
[0013](3)识别共轭点的方法就是利用熔融金属与铸模巨大的颜色差异，设定颜色亮度阈值就可以方便地识别出金属熔液的范围，记录颜色突变边缘的像素坐标并计算，径向长度最大线的中点即为所需的共轭点，同时得到两个共轭点的坐标，即可求得共轭点之间的距离1 ;
[0014](4)按比例计算出液位高度，原理如图2所示，A为参考点，01、02为两个摄像头的光心，al、a2为摄像头成像平面上的共轭点，1为共轭点之间的距离，h为金属液面到光心所在平面的距离，^为两个摄像头光心之间距离。因为金属液面与成像平面平行，因此只要参考点在金属液面上，就都满足h/(h+f) = 1。/1，所以可以容许参考点偏移，液面形状变化不会影响结果的准确性。可以得到hzfiya-1j。而1-ι恰好为共轭点偏离成像平面中线的距离，从已经获得的共轭点坐标即可求得。
[0015]本发明的优点和积极效果:
[0016]本发明采用非接触式摄像头测量高温液位，测量设备不接触高温熔液；测量精度高，误差小于±0.5mm ;因为使用双摄像头，液面形状变化不会对测试结果准确性造成影响。本发明测量精度高、测量速度快、结构简单、调试校准方便。
【附图说明】
[0017]图1为本发明的双摄像头的高温液位测量装置的结构示意图；
[0018]图2为计算液位高度的原理图；
[0019]图中1、可调固定支架；2、水平气泡；3、摄像头1 ;4、摄像头2 ;5数据处理系统；6、输出电缆。
【具体实施方式】
[0020]图1所示为本发明提供基于双摄像头的高温液位测量装置的组成框图，该装置包括:两个摄像头(3、4)、带水平气泡2的可调固定支架1和数据处理系统5。两个摄像头焦距及内部参数完全一致；数据处理系统识别两个摄像头采集到图像的共轭点，计算出共轭点之间距离，从而按比例计算出液位高度，并输出液位高度值和所需的控制信号。
[0021]两个摄像头焦距及内部参数完全一致，焦距为f，光轴与成像平面垂直，两个摄像头的X轴重合，Y轴互相平行，两个摄像头的光心距成像平面距离相等，光心之间距离为I，将摄像头平行固定于可调固定支架，并调整水平使摄像头成像平面水平；数据处理系统用于处理摄像头所得图像数据并产生输出数据和控制信号；本装置中共轭点选取液面中心点为参考点；利用熔融金属与铸模巨大的颜色差异识别共轭点，并计算出共轭点在成像平面的坐标，同时得到两个共轭点间的距离1 ;按比例计算出液位高度，h = fiy(l-l。)。其中h为金属液面到光心所在平面的距离。
[0022]实施例
[0023]本实施例浇注要求冒口液面距光心2000mm，此情况下冒口锥形部分缩孔后会恰好消失，具体实施步骤如下:
[0024](1)选取两个焦距及内部参数完全一致的摄像头，焦距为50mm，则两个摄像头的光心距成像平面距离即为50mm，分辨率为600X800 ；
[0025](2)将摄像头平行固定于可调固定支架，两个摄像头光心之间距离为50mm，并调整水平使摄像头成像平面水平；
[0026](3)数据处理系统的以FPGA为核心电路，基于硬件描述语言描述图像识别和处理电路，处理速度高、实时性好，可以满足实时控制的要求，选取摄像头数据高8位用于识别；本装置中选取液面中心点为共轭点的参考点；利用熔融金属与铸模巨大的颜色差异，设定颜色亮度中值128为阈值，超过阈值的就认为是金属，识别出金属熔液的范围，记录颜色突变边缘的像素坐标并计算，径向长度最大线的中点即为所需的共轭点，同时得到两个共轭点的坐标，求得共轭点之间的距离1 ;计算出液位高度，原理如图2所示，A为参考点，是金属液面上的点，01、02为两个摄像头的光心，al、a2为摄像头成像平面上的共轭点，1为共轭点之间的距离，h为金属液面倒光心所在平面的距离，1为两个摄像头光心之间距离。因为金属液面与成像平面平行，因此只要参考点在金属液面上，就都满足h/(h+f) = iyi，所以可以容许参考点偏移，因此液面形状变化不会影响测量结果的准确性。最终得到h = fiy(1-1J。而1-1恰好为共轭点偏离成像平面中线的距离，从已经获得的共轭点坐标即可求得。将计算所得h值与预设的高度值2000mm相比较，当h小于等于预设值则输出控制信号停止浇注。
[0027]本实施例结果缩孔后冒口锥形部分只有不足2mm，达到了预期效果。
【主权项】
1.一种基于双摄像头的高温液位测量装置，包括两个摄像头、带水平气泡的可调固定支架和数据处理系统；其特征在于:两个摄像头焦距及内部参数完全一致；数据处理系统用于识别两个摄像头采集到图像的共轭点，并计算出共轭点之间的距离，从而计算出液位高度，并输出液位高度值和所需的控制信号。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于:所述的两个摄像头焦距及内部参数完全一致是指，焦距为f，摄像头固定在带水平气泡的可调固定支架上，并调整水平使摄像头成像平面水平；摄像头光轴与成像平面垂直，两个摄像头的X轴重合，Y轴互相平行，两个摄像头的光心距成像平面距离相等，光心之间距离为I。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的识别两个摄像头采集到图像的共轭点的方法就是，利用熔融金属与铸模巨大的颜色差异，设置阈值，方便地识别出金属液面的范围，并计算出中点在成像平面的坐标，两个中点即为所需的共轭点，同时得到两个共轭点间的距离1。4.根据权利要求1所述的所述的装置，其特征在于所述的计算出液位高度的方法是，金属液面与成像平面平行，因此只要参考点在金属液面上，就都满足h/(h+f) = iyi，可以得到h = fly (1-1J，其中h为金属液面到光心所在平面的距离。
【专利摘要】本发明涉及一种基于双摄像头的高温液位测量装置和方法。本发明提供一种基于双摄像头的高温液位测量装置，包括两个摄像头、带水平气泡的可调固定支架和数据处理系统。两个摄像头焦距及内部参数完全一致；数据处理系统用于处理摄像头所得图像数据并产生输出数据和控制信号；以金属液面上的点作为共轭点的参考点；识别两个摄像头采集到图像的共轭点，计算出共轭点之间距离，从而计算出液位高度，并输出液位高度值和所需的控制信号。采用非接触式测量；因为使用双摄像头，液面形状变化也不会对测试结果造成影响。本发明测量精度高、测量速度快、结构简单、调试校准方便。
【IPC分类】G01F23/292
【公开号】CN105403287
【申请号】CN201510718208
【发明人】任立儒, 耿卫东, 张福海, 刘会刚, 尚佳彬
【申请人】南开大学
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年10月28日